(57)【要約】【課題】ガラス基板へのレーザ光の透過による基板吸着ベースの損傷の発生を防止したレーザアニール装置及び表示装置の製造方法を提供する。【解決手段】ガラス基板１を載置して移動可能なトップテーブル１上にガラス基板１を透過したレーザ光３０を反射させるテーブル保護膜８０を配設した。また、このレーザアニール装置のレーザ光源から発射したレーザ光のエネルギーを時間的に変調し、当該エネルギーを変調したレーザ光のエネルギー分布を調整し、エネルギーを時間的に変調するとともにエネルギー分布を調整したレーザ光３０を表面に薄膜を形成したガラス基板１の表面に走査して照射することにより、ガラス基板１の表面のシリコン膜６３をアニールする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を載置して移動可能なステージ手段と、
レーザ光を発生するレーザ光源手段と、
前記レーザ光源から発射したレーザ光を前記試料の表面に投射する投影光学系手段と、
を備え、
前記ステージ手段の前記試料の吸着面ベースにレーザ光の吸収率の低い保護膜を設けたことを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項２】
前記保護膜は、空気膜としたことを特徴とする請求項１に記載のレーザアニール装置。
【請求項３】
前記保護膜は、レーザ光反射膜としたことを特徴とする請求項１に記載のレーザアニール装置。
【請求項４】
前記保護膜は、ホワイトアルミナ、グレイアルミナ、チタニア、ジルコニア、クロミア、ジルコンマグネシアスピネス、マグネシア、タングステンカーバイト、チタンカーバイト、シリコンカーバイト、クロムカーバイト、アルミニウム、ニッケル、銅、ニクロム、モリブテン、タングステン、チタンの何れかまたはこれらの材料の混合物であることを特徴とする請求項３に記載のレーザアニール装置。
【請求項５】
前記保護膜は、溶射法により吸着面ベース上に形成された膜であることを特徴とする請求項４に記載のレーザアニール装置。
【請求項６】
基板上に駆動回路を有する表示装置の製造方法であって、
試料を載置して移動可能なステージ手段と、レーザ光を発生するレーザ光源手段と、前記レーザ光源から発射したレーザ光を前記試料の表面に投射する投影光学系手段とを備え、前記ステージ手段の前記試料の吸着面ベースにレーザ光の吸収率の低い保護膜を設けたレーザアニール装置によって、
前記基板上の一部をアニールするアニール工程と、
前記基板上の前記アニール工程によってアニールされた領域に前記駆動回路を形成する工程と、
を有すること特徴とする表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性基板上に形成された非晶質または多結晶半導体膜などにレーザ光を照射して膜質の改善，結晶粒の拡大または単結晶化を行うのに好適なレーザアニール装置及び表示装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示パネルは、ガラスや溶融石英などの基板上に非晶質または多結晶シリコン膜で形成された薄膜トランジスタのスイッチングにより画像を形成している。この基板上に画素トランジスタを駆動するドライバ回路を同時に形成することが可能となれば、飛躍的な製造コスト低減及び信頼性の向上が期待できる。
【０００３】
しかしながら、トランジスタの能動層を形成するシリコン膜は、結晶性が低いために移動度特性に代表される薄膜トランジスタの性能が低く、高速性及び高機能性が要求される回路の製作は困難である。これらの高速性及び高機能性の回路を製作するためには、高移動度特性の薄膜トランジスタを必要とし、これを実現するためにはシリコン薄膜の結晶性を改善する必要がある。
【０００４】
この結晶性改善の手法として従来からエキシマレーザアニールが注目を浴びている。この方法は、ガラスなどの絶縁性基板上に形成された非晶質シリコン膜にエキシマレーザを照射して非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に変化させることで移動度特性を改善するものである。
【０００５】
しかしながら、エキシマレーザの照射により得られた多結晶膜は、結晶粒径が数１００ｎｍ程度であり、液晶表示パネルを駆動するドライバ回路などに適用するには性能不足である。
【０００６】
この問題を解決する方法として下記特許文献１には、レーザ発振器から発振されたレーザ光の干渉による影響がなく、照射部でアニールに好適なエネルギー密度分布を持ち、最適なパルス幅でかつ時間的にもアニールに好適なエネルギー変化を有するレーザ光を照射することにより、非晶質または多結晶シリコン薄膜などの結晶粒を所望の方向に成長させ、約１０μｍを超える大きさの結晶粒からなる多結晶シリコン薄膜に変換でき、多結晶シリコン薄膜の移動度特性を大幅に改善させることができるレーザアニール装置及びレーザアニール方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１２４１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のレーザアニール装置は、図１３に要部拡大断面図で示すようにガラス板６１の表面にパッシベーション膜６２及びシリコン膜６３が成膜されたガラス基板１をレーザアニール装置の移動可能なトップテーブル２上に載置し、このガラス基板１の上方から対物レンズ２２を通してレーザ光３０が照射されると、レーザ光３０の約９０％以上のエネルギーがガラス基板１を透過し、基板吸着ベースに到達し、ガラス基板１を透過したレーザ光３０によりトップテーブル２の基板吸着ベースに温度上昇，変形及び溶解などの損傷を与え、信頼性を低下させるという課題あった。なお、ここで基板吸着ベースとは、ガラス基板１の背面が接触するトップテーブル２の表面部分を指す。
【０００９】
また、このように構成されるレーザアニール装置において、トップテーブル２はＸＹ方向に走行させる必要があり、また、高精度な加工が必要であり、コストも安価である必要があることから、天然石が使用される。
【００１０】
また、対物レンズ２２で集光したレーザ光３０は、シリコン膜６３に照射され、シリコン膜６３を溶融再結晶化する。しかし、シリコン膜６３がレーザ光３０のエネルギーを吸収する比率は約１０％以下であり、その大部分はガラス基板１を透過し、トップテーブル２の基板吸着ベースに到達する。このトップテーブル２は材質が天然石であることから、各種の成分から構成されているため、熱に弱い成分、吸収率の高い成分などを含有している。
【００１１】
トップテーブル２の基板吸着ベースに到達したレーザ光３０は、トップテーブル２の一部の成分が吸収し、トップテーブル２の表面の温度上昇、さらには変形、溶解などの損傷を与えることになる。この改善方法としてトップテーブル２に石英ガラスを用いてレーザ光３０を透過させる方法もあるが、トップテーブル２の下方には防振定盤があり、この防振定盤も石英ガラスで形成する必要がある。防振定盤はトップテーブル２に比べて形状も大きく、石英ガラスを用いて形成することはコストも高くなって現実的ではない。
【００１２】
したがって、本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ガラス基板へのレーザ光の透過によるトップテーブルの基板吸着ベースの損傷防止したレーザアニール装置及び表示装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために本発明によるレーザアニール装置は、ステージ手段の試料吸着面ベースにレーザ光吸収率の低い保護膜を設けたことを特徴としている。
【００１４】
また、本発明による他のレーザアニール装置は、好ましくは、上記構成において、保護膜は、空気膜としたことを特徴としている。
【００１５】
また、本発明によるさらに他のレーザアニール装置は、好ましくは、上記構成において、保護膜は、レーザ光反射膜としたことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明による表示装置の製造方法は、試料を載置して移動可能なステージ手段と、レーザ光を発生するレーザ光源手段と、レーザ光源から発射したレーザ光を試料の表面に投射する投影光学系手段とを備え、ステージ手段の試料の吸着面ベースにレーザ光の吸収率の低い保護膜を設けたレーザアニール装置によって、基板上の一部をアニールするアニール工程と、基板上のアニール工程によってアニールされた領域に駆動回路を形成する工程とを有すること特徴としている。
【００１７】
なお、本発明は、上記各構成及び後述する実施の形態に記載される構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ステージ手段の試料吸着面ベースに当該試料を透過したレーザ光の吸収率の低い保護膜を設けたことにより、試料へのレーザ光の照射によるステージ手段の試料吸着ベースの損傷が防止できるので、信頼性の高いレーザアニール装置が得られるなどの極めて優れた効果を有する。
【００１９】
また、本発明による表示装置の製造方法によれば、信頼性の高いレーザアニール装置により、試料の表面にレーザ光源から発射したレーザ光のエネルギーを時間的に変調するとともにエネルギー分布を調整したレーザ光を走査して照射することにより、移動度特性の高い半導体膜が形成できるので、試料表面に高度集積回路を形成することができるなどの極めて優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明によるレーザアニール装置の実施例１による構成を説明する図であり、図１（ａ）は上方から見た平面図、図１（ｂ）は側面から見た平面図である。図１において、レーザアニール装置は、試料としてガラス基板１がステージ手段としてのトップテーブル２上の基板吸着ベースにその基板背面を吸着させて塔載されている。また、防振台５を備えた定盤６上に固定されたＸＹステージ３を備え、トップテーブル２をＸＹ方向に走行させてガラス基板１が移動可能となる。なお、４は定盤６をＸＹステージ３上に支持固定するフレームである。また、この定盤６上には図示しないレーザ光学系が配設される。
【００２２】
図２（ａ），（ｂ）は、図１で説明したレーザ光学系の構成を示す図である。図２において、レーザ光学系は、連続発振レーザ光を発振するレーザ発振器１０−１〜１０−４と、レーザ光のビーム径を拡大させるビームエキスパンダー１１−１〜１１−４と、レーザ光のオン／オフ及び必要に応じて時間的な変調を行うＥＯ（電気光学）モジュレータ１２−１〜１２−４と、２本のビームを平行光とするプリズム１６と、レーザ光を一方向に圧縮して線状ビームに変換するＤＯＥ（回折光学エレメント）１７と、ガラス基板１上に投影する対物レンズ２２とから構成されている。
【００２３】
なお、図２中、１３−１，１３−２はミラー、１４−１，１４−２は偏光ビームスプリッタ、１５−１，１５−２はミラー、１８は結像レンズ、１９はシリンドリカルレンズ、２０はミラー、２１は結像レンズである。
【００２４】
図３は、レーザ光をガラス基板に照射する状態を示す斜視図である。図３に示すように図２のレーザ光学系で整形されたレーザ光３０は、ガラス基板１の上方から下方に向かって照射される。ガラス基板１は図１に示すＸＹステージ３により水平方向に矢印で示す右側から左側に向かって移動される。レーザ光３０は図２に示すＥＯモジュレータ１２−１〜１２−４によりオン／オフ制御され、必要な場所のみにレーザ光３０を照射して溶融再結晶領域３２が形成される。
【００２５】
図４は、本発明を適用したガラス基板１のレーザ照射領域を示す平面図である。破線で示す３３は、溶融再結晶領域３３を形成した後、後述する表示装置の製造工程において切断する際の切断位置である。
【００２６】
図５は、ガラス基板１において、溶融再結晶領域３２と、表示装置の表示部となる領域の位置関係を示す平面図である。図中、破線内が表示部５１を形成し、溶融再結晶領域３２は、表示部５１を形成し、溶融再結晶領域３２は、表示部５１の周辺部に形成される。
【００２７】
図６は、溶融再結晶領域３２が形成される前のガラス基板１の拡大断面図である。このガラス基板１は、ガラス板６１の表面にパッシベーション膜６２を形成し、このパッシベーション膜６２の表面にシリコン膜６３が形成されている。
【００２８】
図７は、本発明によるレーザアニール装置のトップテーブル２の構成を示す要部拡大断面図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図７において、トップテーブル２のガラス基板１の背面と接触する基板吸着ベース（トップテーブル２の表面）には、ガラス基板１を透過したレーザ光３０を上方に向かって反射させるテーブル保護膜８０が被着形成されている。
【００２９】
このテーブル保護膜８０に適用される材料としては、ホワイトアルミナ、グレイアルミナ、チタニア、ジルコニア、クロミア、ジルコンマグネシアスピネス、マグネシア、タングステンカーバイト、チタンカーバイト、シリコンカーバイト、クロムカーバイト、アルミニウム、ニッケル、銅、ニクロム、モリブテン、タングステンまたはチタンなどのレーザ光が透過しない材料膜が好適である。また、これらの材料を主成分とする合金材料または混合物の何れかを用いても良い。
【００３０】
また、このテーブル保護膜８０をトップテーブル２の基板吸着ベースに成膜する方法としては、上記保護膜材料を溶かして吹き付ける溶射法が挙げられる。また、溶射後のトップテーブル２上の保護膜８０の表面は平坦性が低下しているので、研磨などの手段により加工精度を高める。なお、この保護膜８０の膜厚は約１００μｍ程度である。
【００３１】
このように構成されたレーザアニール装置は、対物レンズ２２で集光されたレーザ光３０がシリコン膜６３に照射され、シリコン膜６３を溶融させ、溶融再結晶化する。シリコン膜６３を透過したレーザ光３０は、パッシベーション膜６２及びガラス板６１をそれぞれ透過してテーブル保護膜８０に到達する。このテーブル保護膜８０に到達したレーザ光３０は、テーブル保護膜８０により上方に反射され、再びガラス板６１，パッシベーション膜６２及びシリコン膜６３に到達する。この反射したレーザ光３０は集光しておらず、散乱状態のため、溶融再結晶化に影響を与えることはない。
【００３２】
このような構成によれば、ガラス基板１を透過したレーザ光３０のエネルギーの大部分がテーブル保護膜８０により反射されるので、トップテーブル２の基板吸着ベースの温度上昇，変形及び溶解などの損傷の発生を防止できるので、信頼性が向上する。
【００３３】
図８は、図７に示したトップテーブル２上にガラス基板１を塔載した状態を示す要部平面図である。図８において、トップテーブル２は、ＸＹ方向に走行可能な構造となっている。レーザ光３０は、上方から下方に向かって照射される。
【００３４】
図９は、レーザ光３０の照射中におけるトップテーブル２の動きを示す要部平面図である。また、図１０はレーザ光３０の照射のタイミングを示す図である。これらの図において、レーザ光３０は、トップテーブル２上を加速して走行させ、一定速度になったところで、レーザ光３０の出力をオン／オフ制御を繰り返してガラス基板１上の必要な個所にレーザ光３０を照射し、溶融再結晶領域３２を形成する。
【００３５】
図１１は、本発明によるレーザアニール装置を用いた液晶表示装置の製造方法を示すフローチャートである。まず、図６に示すガラス板６１上に絶縁膜形成、ａ−Ｓｉ膜形成を行い、エキシマレーザアニールを行った後に本発明のレーザアニール装置を用いて駆動回路が形成される部分のみ溶融再結晶領域３２を形成する。この場合、所望の領域が全てアニールされるまで繰り返した後、ガラス板６１を搬出する。
【００３６】
次に、フォトエッチング工程により、多結晶シリコン膜を必要な領域のみに島状に残す。その後、フォトレジスト工程により、ゲート絶縁膜形成、ゲート電極形成を経て不純物拡散及び拡散領域活性化を行う。その後、層間絶縁膜形成、ソース・ドレイン電極形成、保護膜（パッシベーション膜）形成などのフォトレジスト工程を経て図５に示したようなガラス基板１上に図示しない駆動回路及び表示部５１が形成され、薄膜トランジスタを塔載したガラス基板１が完成する。
【００３７】
その後、配向膜形成、ラビングなどの工程を経たガラス基板１に図示しないカラーフィルタ基板を重ねて液晶材料を封入し、その後、所望の枚数に切断するＬＣＤ工程（パネル工程）及び図示しないバックライトなどと一緒にフレーム内に組み込むモジュール工程を経て高速駆動回路を有する液晶表示パネルが完成する。
【実施例２】
【００３８】
図１２は、本発明によるレーザアニール装置によるレーザ出力制御方式を説明する図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１２において、レーザアニール装置は、テーブル保護膜８０で反射したレーザ光の変化をフォトマル１００により受光してレーザ出力演算部１０１により演算し、レーザアッテネータ１０２に対してレーザ出力指令を行う。
【００３９】
レーザアニール装置は、例えば長時間動作させた時などにレーザ光の出力強度が所定の出力強度から変化してしまう場合がある。しかし、本願発明のレーザアニール装置においては、テーブル保護膜８０で反射したレーザ光を利用してレーザ光３０の出力強度の変化を検出し、所定の出力強度に補正することができる。
【実施例３】
【００４０】
なお、前述した実施例１において、トップテーブル２の基板吸着面にガラス基板１を透過したレーザ光を反射させるテーブル保護膜８０を配置した場合について説明したが、このテーブル保護膜８０に代えて膜厚が充分に厚い、反射率の低い保護膜を設ける構成としてもよい。保護膜の反射が低くても、充分な膜厚保があることにより、トップテーブル２の基板吸着面ではレーザ光がディフォーカスされるので、トップテーブル２の基板吸着ベースの温度上昇、変形及び溶解など損傷の発生を防止でき、同様に信頼性が向上できる。
【実施例４】
【００４１】
また、ガラス基板１を透過したレーザ光を反射させるテーブル保護膜８０に代えて空気膜、つまり、隙間を設けることにより、ガラス基板１を透過したレーザ光がトップテーブル２の基板吸着面でディフォーカスされるので、ベースの温度上昇，変形及び溶解などの損傷の発生を防止でき、同様に信頼性が向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明によるレーザアニール装置の実施例１による構成を説明する図であり、図１（ａ）は上方から見た平面図、図１（ｂ）は側面から見た平面図である。
【図２】図１のレーザ光学系の構成を示す図である。
【図３】レーザ光をガラス基板に照射する状態を示す斜視図である。
【図４】本発明を適用したガラス基板のレーザ照射領域を示す平面図である。
【図５】ガラス基板における溶融再結晶領域と表示装置の表示部となる領域との位置関係を示す平面図である。
【図６】ガラス基板の拡大断面図である。
【図７】本発明によるレーザアニール装置のトップテーブルの構成を示す要部拡大断面である。
【図８】図７のトップテーブルにガラス基板を塔載した状態を示す要部平面図である。
【図９】レーザ光の照射中におけるトップテーブルの動きを示す要部平面図である。
【図１０】レーザ光の照射のタイミングを示す図である。
【図１１】本発明によるレーザアニール装置を用いて表示装置として液晶表示パネルの製造方法に適用されるレーザアニール工程を示すフローチャートである。
【図１２】本発明によるレーザアニール装置によるレーザ出力制御方式を説明する図である。
【図１３】従来のレーザアニール装置の構成を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・ガラス基板、２・・・トップテーブル、３・・・ＸＹステージ、４・・・フレーム、５・・・防振台、６・・・定盤、１０−１〜１０−４・・・レーザ発振器、１１−１〜１１−４・・・ビームエキスパンダー、１２−１〜１２−４・・・ＥＯ（電気光学）モジュレータ、１３−１・・・ミラー、１３−２・・・ミラー、１６・・・プリズム、１５−１・・・ミラー、１５−２・・・ミラー、１７・・・ＤＯＥ（回折光学エレメント）、１８・・・結像レンズ、１９・・・シリンドリカルレンズ、２０・・・ミラー、２１・・・結像レンズ、２２・・・対物レンズ、３０・・・レーザ光、３２・・・溶融再結晶領域、３３・・・ガラス切断部、５１・・・表示部、６１・・・ガラス板、６２・・・パッシベーション膜、６３・・・シリコン膜、８０・・・テーブル保護膜、１００・・・フォトマル、１０１・・・レーザ出力演算部、１０２・・・レーザアッテネータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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